第四章　变速变桨距风电机组

第一节变速变桨距机组的特点【知识目标】①了解变桨距机组的结构特点以及变桨距机构的作用。②掌握液压变桨系统和电动变桨系统的工作特性，理解各自不同的优缺点。③理解变速变桨距机组的运行控制特点。【技能目标】①识别定速定桨距机组和变速变桨距机组的不同结构，解读其不同的功率曲线比较。②认知液压变桨系统与电动变桨系统、内齿轮和外齿轮电动变桨机构的特点。③识读风能利用系数、叶尖速比和叶片节距角的非线性关系。④描述变速变桨距机组的启动和制动性能。叶片与轮毂之间通过轴承连接，通过改变叶片迎风面与纵向旋转轴的夹角进行变距调节，从而影响叶片的受力和阻力，限制大风时风机输出功率的增加，保持输出功率恒定。

一、变速变桨距机组的结构特点

变速变桨距机组主要包括塔架、轮毂、叶片、变桨距机构、主轴、变速箱、变速发电机、变频器、偏航系统、液压系统和电气控制等。

变桨距机构的作用：

①风机切入、切出时减少冲击；

②超过额定风速时限制功率；

③气动刹车。

变桨距执行系统（图4-1）是一个随动系统，有液压变桨和电动变桨两种。

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图4-1变桨距执行系统

1液压变桨系统

液压变桨系统以液体压力驱动执行机构，液压变桨系统又可分为叶片单独变距和统一变距两种类型。

液压变桨系统以电动液压泵作为工作动力，液压油作为传递介质，电磁阀作为控制单元，通过将油缸活塞杆的径向运动变为叶片的圆周运动来实现叶片的变桨距。

（1）液压变桨系统的结构

液压变桨系统从结构上来说，包括主控PLC、液压电机、液压机械泵、液压油油箱、储能罐、滤芯、滤芯缸、油管、变桨缸、变桨连杆、爆破阀、比例阀、电磁阀、压力传感器、位置传感器等，如图4-2所示。

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图4-2液压变桨系统的结构

液压变桨系统的优点：出力大，动作平稳，无后冲间隙，由蓄能器提供可靠安全的保护。缺点：液压油、过滤器需定期检测、更换；液压油有泄漏，可能造成污染；液压泵动作频繁耗能大、噪声大。

（2）电动变桨系统

电动变桨系统以伺服电机驱动齿轮实现变距调节，3个叶片分别带有独立的电驱动变桨距系统。

机械结构主要包括伺服电机、伺服驱动器、回转支承、减速装置、传感器和2个限位开关等，如图4-3和图4-4所示。伺服电机有异步电机、直流电机和三相永磁同步电机三种。

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图4-3内齿轮电动变桨距机构

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图4-4外齿轮电动变桨距机构

减速装置固定在轮毂上，回转支承的内环安装在叶片上，叶片轴承的外环固定在轮毂上。当变桨距系统上电后，伺服电机带动减速机的输出轴小齿轮旋转，而小齿轮与回转支承的内环相啮合，从而带动回转支承的内环与叶片一起旋转，实现桨距角节距角β的控制。

液压变桨系统与电动变桨系统相比，液压传动的单位体积小、重量轻、刚度大、定位精确、动态响应好、扭矩大并且无需变速机构，在失电时将蓄压器作为备用动力源对叶片进行全顺桨作业而无需设计备用电源。

液压变桨的机构和控制系统比较复杂，且存在漏油、卡塞等现象。

叶片是在不断旋转的，必须通过一个旋转接头将机舱内液压站的液压油管路引入旋转中的轮毂，液压油的压力在20MPa左右，因此制造工艺要求较高，难度较大，